张志慧 王萌

摘要：我国北方农村地区冬季采暖主要以燃烧散煤为主，直接燃烧煤炭不仅利用率低而且会更加污染环境。本文针对农村地区能源利用改革提出合理的整改策略，设计出一套利用太阳能—空气源热泵系统，用于冬季采暖，夏季生活供热水，以太阳能利用为主，空气源热泵为辅，综合考虑运行效果 整改成本，运行成本等，取代散煤燃烧传统模式，推进新农村改革建设。

引言：北方地区散煤治理是中国能源结构改革的重大难题，抓好北方农村地区采暖能源的清洁高效利用和散煤的减量替代，是治理散煤的重中之重。《2020年中国散煤综合治理研究报告》指出散煤治理主要依托于北方清洁取暖的推进，"十三五"期间，北方清洁取暖初步开始试点，考虑到采暖改革成本以及农民的经济承受能力，此系统主要针对农村建筑采暖系统进行整改，保持原有的末端采暖装置以及管道系统，减少成本投入。太阳能作为最理想的热源，而且太阳能热水利用技术已经较为完善，空气源热泵具有安装方便，适用于旧建筑整改等，近些年也广泛推广，次设备在夜间工作时需要消耗相对转化率较高的电能。[1]

一 太阳能—空气源热泵供暖系统介绍及工作原理

系统如图1所示，采取并联式太阳能—空气源热泵连接方式，冬季在白天太阳光照强时，太阳能集热系统独立工作，运行满足室内供暖热负荷，在夜间或者阴雨天时，启动空气源热泵为蓄热水箱作为辅助提供热量，两者互补性较强，保证运行稳定性。在夏季主要使用太阳能集热系统提供生活用水，基本无电能消耗。控制系统由温度传感器和控制器等部件组成。

二 太阳能—空气源热泵系统设计计算

2.1 确定设计参数

假定该系统所满足120平方米的单层民用建筑供暖，以山东省为例，根据《居住建筑节能设计标准》冬季设计温度为18℃，根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》要求以及当地太阳能辐射强度和空气源热泵设备等，确定散热器供水温度为55℃回水温度为45℃。

2.2 建筑物采暖负荷确定

根据《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》要求，以及综合围护结构保温措施，建筑面积等因素，取耗热量指标为30W/m2，因此可确定采暖负荷为3600W。

2.3 太阳能集热器选型及面积确定

相比于真空管太阳能集热器，平板太阳能集热器具有安装相对方便，寒冷地区防冻，可承压且使用可靠，使用寿命更长，适用温度合适等特点，更加适用于农村地区，更加符合农民心理，因此选用平板型太阳能集热器。根据《太阳能供热采暖工程技术规范》确定集热器面积，得出平板型太阳能集热器面积约为22m2。

2.4 蓄热水箱体积的确定

根据《太阳能供热采暖工程技术规范》确定蓄热水箱面积，综合考虑供回水温度，集热器面积，以及保温性能等，确定每平方米集热器面积对应100L蓄热水箱容积，因此确定水箱容积为1000L。

2.5 空气源热泵制热量确定

空气源热泵充分保证在阴雨天太阳能不足以及夜间供暖的连续性与稳定性。空气源热泵的制热量，算可得制热量约为6.4kw。

三 系统经济性分析

该系统保留了农村建筑中原有的采暖设备，减少了资源浪费，节约成本。根据市场价格以及上述分析，该套系统初投資约在1.8万元[2]，假定使用寿命为20年，具有较高的经济性，根据国家近些年来对再生能源利用政策，该系统的利用也会得到政府的经济补贴，因此该系统在北方的推广具有很大的潜力。

四 结论

根据我国北方农村地区目前能源应用的现状，提出一种能够适合旧建筑改革的系统，既能充分利用当地太阳能与空气能，减少碳排放和污染气体排放，又能政府的补贴下降低农民的生活压力，改善居民冬季环境，还能全年供应生活用热水，提高生活水平，助力于解决多年来在国家节能减排道路上的毒瘤。该系统为农村住宅供暖提供了一个新颖有效的思路且对以后系统的完善具有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]颜浩.空气源热泵在建筑节能中大有作为[J].建筑节能， 2008， 36 （11） ：54-60.

[2]孙朝阳.豫西农村地区太阳能—空气源热泵地板供暖系统的设计与能耗分析[J].三门峡职业技术学院学报，2018，17（02）：139-143.

山东农业大学 山东 泰安 271018